Возможность использования красящих местных пород для разработки отделочных материалов

Размещено на http://allbest.ru

¹Казанский государственный архитектурно-строительный университет

²ЦНИИгеолруд

УДК 553.611.4.004.14 (470. 41)

Возможность использования красящих местных пород для разработки отделочных материалов

¹Камалова З. А., канд. техн. наук, доцент,

¹Рахимов Р. З., д-р техн. наук, профессор,

¹Арютина В. П., аспирант

²Дьячков И. В., канд. техн. наук, стар. научн. сотрудник

г. Казань

В современном строительстве за последние 30 лет произошли огромные изменения. Прогресс в области разработки и применения новых материалов перевернул представления о возможных архитектурных и конструктивных решениях и открыл практически безграничные возможности.

Особенно бурные изменения произошли в части отделочных работ. Практически полностью обновился ассортимент отделочных материалов. На сегодняшний день отделочные работы с полным правом можно назвать изобразительным искусством, искусством оформления внутренних пространств помещений. Полет художественной фантазии дизайнеров ставит сложнейшие задачи перед современными производителями материалов и строителями.

В настоящее время на рынке строительства возникает потребность не только во все более качественном жилье, но и в более привлекательном с точки зрения разнообразия окраски. Решение вопросов отделки требует, в первую очередь, создания эффективных отделочных материалов. В современном строительстве использование яркой окраски значительно расширяет возможности архитектора, тем более в сочетании с необычными архитектурными формами.

Повышение конкурентоспособности выпускаемой строительной продукции возможно при использовании различных видов минеральных пигментов.

Минеральные пигменты занимают особое место среди нерудных полезных ископаемых по количеству используемых для их получения горных пород и минералов. Несмотря на успехи химии в производстве искусственных красителей, природные пигменты сохранили свое значение до настоящего времени. Они отличаются от синтетических низкой стоимостью, теплыми тонами, светоустойчивостью, экологической чистотой.

Из природных пигментов используются главным образом железооксидные пигменты типа сурика и охры и глинистые пигменты типа охры. Из учитываемых Госбалансом России 67 месторождений в настоящее время разрабатываются 2-3 [1]. Пигменты типа сурика и охры применяются преимущественно для получения лакокрасочной продукции. При объемном окрашивании строительных материалов в основном используются синтетические пигменты, вводимые в количестве 0,5-5%. В силу меньшей красящей способности для достижения такого же красящего эффекта минеральных пигментов необходимо добавлять в 8-10 раз больше. Из-за транспортных затрат в большинстве регионов России, особенно Восточных, более выгодно использовать искусственные пигменты, производимые также в основном в Европейской части. В результате окрашивание строительных материалов производится в меньших объемах, чем требуется промышленностью. окрашивание строительный руда пигмент

В то же время практически во всех регионах России имеются широко распространенные местные цветные породы, пригодные для объемного окрашивания строительных материалов. Это различные угли, бокситы, болотные руды, сланцы, туфы и пески. В Европейской части России широко развиты мелкие месторождения яркоокрашенных глин и песков, т. е. тех пород, которые в больших объемах (до 70-80% объема изделий) используются как компоненты многих строительных материалов. Получаемые из болотных руд железооксидные пигменты типа сурика, мумии и охры пригодны для использования во всевозможных эмалях и красках, в окрашивании различных строительных материалов. Болотные руды пользуются широким развитием. Во многих регионах РФ еще в 30-50-е годы прошлого столетия были выявлены и оценены десятки месторождений, многие из которых разрабатывались кустарным способом [2,3].

Практически все месторождения и проявления болотных руд связаны с современными (голоценовыми) торфяными месторождениями или заторфованными землями. Рудные тела обычно сложены одним, реже двумя слоями болотных руд, залегающими в виде линз. Протяженность продуктивных тел изменяется от 50-60 до 300-400 м, редко более, при ширине от 10-20 до 200-300 м. Площадь объектов варьирует от 500-600 до 8000-13000 м, редко более. Мощность рудных тел обычно незначительная: от 0.10 м до 0.7-1.2 м, составляя в большинстве случаев 0.3-0.5 м. Залегают болотные руды обычно под почвенно-растительным слоем и суглинками мощностью чаще всего 0.1-0.4 м. Запасы руд отдельных месторождений изменяются от 500 т до 10-12 тыс. т [4].

Минеральный состав руд довольно однообразный и представлен гидроксидами железа, глинистым, карбонатным и органическим в различной степени минерализованным веществом. Красящим веществом (хромофором) железооксидных пигментов являются оксиды и гидроксиды железа. Наибольшим распространением пользуются руды с содержанием хромофора 30-50% с вариациями от 12-15 до 75-80%. В результате термической переработки из болотных руд получают преимущественно пигменты типа мумии и лишь 10-15% всех руд пригодно для получения более высококачественных пигментов типа сурика [5,6].

В Республике Татарстан в течение 1996-2001 годов была создана минерально-сырьевая база железооксидных пигментов, получаемых из болотных руд (2 разведанных и 23 оцененных месторождений и около 20 опоискованных проявлений). По состоянию на 01.01.2004г запасы 25 месторождений и прогнозные ресурсы 20 промышленно-перспективных проявлений железооксидных пигментов Республики Татарстан составляют более 80 тыс. т [5].

Железооксидные пигменты ввиду малых запасов могут использоваться в первую очередь в производстве лакокрасочных материалов. Для поверхностного и объемного окрашивания строительных материалов и изделий необходимо сырье, обеспечивающее крупнотоннажное производство.

Работами ЦНИИгеолруд и КГАСА 1999-2003 годов установлена принципиальная возможность использования для этих целей яркоокрашенных глин, ожелезненных кварцевых песков, глауконитсодержащих песков, алевритов и глин.

Сырье для получения пигментов глинистого типа отличается широкой территориальной распространенностью и масштабностью запасов. Глинистые пигменты представляют собой различные по составу и генезису глинистые породы. Красящим веществом в большинстве случаев является железо в виде оксидов и гидроксидов (гематит, гетит, гидрогетит), содержащихся в количестве от 3-5 до 12-15%, редко до 20-30%, менее марганец и органическое вещество. Оксиды и гидроксиды тонко и равномерно рассеяны в породе в виде агрегатов. Безводные оксиды железа придают пигментам красную окраску, а гидроксиды окрашивают их в желтый цвет. В зависимости от их соотношения и общего содержания железа цвет пигментов изменяется от светло-желтого до красного с различными оттенками. Пригодные для использования глины желтых, красных, розовых, фиолетовых и других ярких цветов характеризуются обычно неглубоким (до 2-3 м) залеганием и небольшой мощностью (от 0.4-1.2 до 3-4 м ) [7].

Кремнеземистые пигменты представляют собой кварцевые мелко- тонкозернистые слабоглинистые пески, окрашенные оксидами и гидроксидами железа в желтый и красный цвет. Содержание FeO в них изменяется от 2-3 до 20-30%. Слои ожелезненных песков имеют мощность от 0.2-0.3 до 0.5-0.7 м. Перспективы выявления месторождений подобного типа представляется довольно ограниченным, т. к. в большинстве случаев вторичное ожелезнение песчаников носит узко локальный характер. К кремнеземистым пигментам относятся также глауконитсодержащие пески и алевриты зеленой гаммы цветов. Содержание глауконита в породах составляет 20-40%.

Глинистое и кремнеземистое сырье характеризуется довольно низким содержанием хромофора - 6.5-11% в пересчете на FeO и по этому показателю пригодно для получения пигментов типа охра марки О-3 и О-4, глинистой красной, глинистой желтой и может быть использовано для получения некоторых красок (главным образом, густотертых, клеевых и силикатных) и для объемного окрашивания ряда строительных материалов.

Так в РТ, среди верхнепермских красноокрашенных глин (нижне- и верхнетатарских) и верхнеюрско-нижнемеловых глауконитсодержащих песков, алевритов и глин выявлены перспективные на глинистые и кремнеземистые пигменты площади в пределах Предволжья и Западного Предкамья Республики Татарстан и оценены их ресурсы по категории Р, суммарная величина которых составляет 9300 тыс. т. Сырье характеризуется удовлетворительными технологическими и красящими свойствами; по горногеологичеким параметрам объекты пригодны для разработки открытым способом (глубина залегания продуктивного горизонта до 2-3 м) [7].

Красноокрашенные глины ряда проявлений РТ были апробированы для окрашивания цемента, сухой строительной смеси, декоративных строительных растворов на основе цементных и гипсовых вяжущих, а алевриты и пески - в составе известково-песчаной массы для получения цветного силикатного кирпича и цветных строительных растворов.

Глинистые и кремнеземистые пигменты РТ в лабораторных условиях были использованы для получения цветных цементов, сухих декоративных строительных смесей и строительных растворов, которые в последние годы находят широкое применение в строительстве для выполнения штукатурных работ, заливки полов и затирки швов, для получения цветных бетонов.

Декоративная строительная смесь получена путем окрашивания вяжущих веществ (белый портландцемент марки М-400 - 30-35%, известь-пушонка - 5-10%) красящим кремнеземистым пигментом, вводимым вместо кварцевого песка в количестве 60%. Окрашенная смесь имеет светло-зеленый или зеленовато-серый оттенок (глауконитсодержащие алевриты) и розовый (ожелезненные кварцевые пески). Следует отметить, что слабое окрашивание сухих растворных смесей произошло уже при введении 7-10% указанных пигментов.

На основе цветной строительной смеси получены декоративные строительные растворы, в состав которых входят как кремнеземистые пигменты (цемент-30%, цветной песок-70%), так и глинистые пигменты (цемент-30%, глинистый пигмент-10%, песок кварцевый обычный-60%). Сравнивались физико-механические свойства декоративных строительных растворов и раствора марки М200, приготовленного с применением стандартного песка без добавления пигмента. Полученные декоративные строительные растворы по прочности соответствуют маркам М50 - М150, по морозостойкости F10 - F15 (ГОСТ 28013-98) и могут применяться как штукатурные растворы и для отделочных слоев стеновых панелей и блоков, наружной и внутренней отделки зданий. Отделка цветным раствором позволяет разнообразить решение фасадов, имитировать более дорогие виды отделки.

Кроме этого, глинистые пигменты были апробированы для окрашивания гипса. Изделия и строительные материалы на основе гипса имеют хорошие перспективы в жилищном строительстве. Широкая номенклатура изделий на основе гипсовых вяжущих, их долговечность, возможность изготовления изделий, отвечающих высоким требованиям архитектуры, простота технологии получения, ее низкая топливо- и энергоемкость делают их приоритетными в строительстве и реконструкции [8]. Добавление глинистых пигментов в состав гипса в количестве 10% привело к получению гипсовых вяжущих приятных розовых оттенков. Испытание физико-механических свойств гипса показало, что добавление пигмента в количестве 10% ведет к снижению водопотребности и повышению водостойкости (коэффициент размягчения увеличивается с 0.4 до 0.6).

В последние годы для отделки и украшения зданий - для облицовки фасадов, отделки внутренних стен все более широко используются цветные силикатные кирпичи. Применение лицевого силикатного кирпича объемного окрашивания повышает архитектурно-эстетические требования в промышленности.

Для выпуска цветных силикатных кирпичей коричнево-красного, серовато-голубого и желтого цвета используются как синтетические, так и природные пигменты из г. Г. Ярославля, Москвы, Тамбова, вводимые в количестве 0.8-1.0%. При этом цена 1кг синтетических пигментов без транспортных расходов составляет 25 - 80 руб. и более. Для окрашивания одной партии силикатного кирпича (200 тыс. штук) требуется 10-15 т синтетического пигмента; себестоимость продукции увеличивается на 20-30%. При мощности завода 50 млн. шт. кирпича в год, из которых 20% окрашиваются, используется порядка 0.5 тыс. т искусственных пигментов.

В лаборатории Казанского завода силикатных стеновых материалов для получения цветных силикатных кирпичей были апробированы кремнеземистые пигменты ряда проявлений РТ. Вместо обычного кварцевого песка и синтетических пигментов, вводимых в количестве 73% и 1%, использовались кремнеземистые пигменты (74%). Приготовление силикатного кирпича осуществлялось по обычной схеме. Полученные силикатные кирпичи имеют приятный зеленоватый и розоватый цвет и по всем параметрам соответствуют требованиям ГОСТ 379-95.

Таким образом, испытания показали возможность частичной или полной замены синтетических пигментов на кремнеземистые (силикатный кирпич) и глинистые (глинистые растворы) породы различных месторождений и проявлений РФ, что дает хороший экономический и эстетический эффект и открывает широкие возможности увеличения выпуска отделочных строительных материалов различных цветов.

Список литературы

1. Баланс запасов полезных ископаемых Российской Федерации. Минеральные краски. 2003г., вып.49

2. Толстихина К. И. Природныепигменты Советского Союза, их обогащение и применение. /Госгеолиздат. Москва, 1963.

3. Розанов Ю. А., Толстихина К. И. Природные минеральные пигменты РСФСР. /Гизместпром. Москва, 1947.

4. Геология твердых полезных ископаемых Республики Татарстан. /Ред. Хайретдинов Ф. М., Валитов Н. Б. Казань: Изд-во ДАС, 1999, С. 180-202.

5. Рахимов Р. З., Дьячков И. В., Камалова З. А. Физико-химические и технологические аспекты получения железооксидных пигментов различных цветов из местного сырья. /Вестник Волжского Регионального отделения Российской академии архитектуры и строительных наук. Н. Новгород. 2000. №4. С. 91-100.

6. Камалова З. А., Дьячков И. В., Рахимов Р. З. Производство железооксидных пигментов из местного сырья Татарстана. /Наука и язык. 1999. №1. С. 46-48.

7. Пермские минеральные пигменты Республики Татарстан. /Пермские отложения Республики Татарстан. Мат-лы Респ. Пермской геол. Конф. Казань: Изд-во “Экоцентр”, 1996. С. 121-126.

8. Повышение эффективности производства и применения гипсовых материалов и изделий. /Строительные материалы. 2002. №6. С. 46-47.

Размещено на Allbest.ru